濟(jì)南地鐵3號(hào)線(xiàn)制動(dòng)防滑控制淺析

趙永強(qiáng)

濟(jì)南軌道交通集團(tuán)第一運(yùn)營(yíng)有限公司，中國(guó)·山東 濟(jì)南 250300

1 引言

制動(dòng)防滑控制系統(tǒng)又叫車(chē)輪防滑保護(hù)系統(tǒng)，制動(dòng)滑行控制一般分為空氣制動(dòng)滑行和電制動(dòng)滑行兩種控制方式，這兩種控制方式相互配合，完成制動(dòng)滑行的調(diào)整[1]。通常情況下，電制動(dòng)防滑控制的靈敏度要高于空氣制動(dòng)[2]。濟(jì)南地鐵3號(hào)線(xiàn)車(chē)輛防滑控制系統(tǒng)滿(mǎn)足UIC 541—05《制動(dòng)機(jī)—制動(dòng)機(jī)部件制造規(guī)程—車(chē)輪防滑裝置》要求，并具有滑行檢測(cè)、滑行控制、輪徑校驗(yàn)、故障導(dǎo)向安全控制等功能。在正常情況下，防滑控制基于車(chē)軸進(jìn)行控制，當(dāng)列車(chē)速度大于某個(gè)設(shè)定值，在常用制動(dòng)、快速制動(dòng)和緊急制動(dòng)時(shí)激活；當(dāng)總風(fēng)壓力值低于某個(gè)設(shè)定值或制動(dòng)儲(chǔ)風(fēng)缸壓力低于緊急制動(dòng)壓力或車(chē)速小于某個(gè)設(shè)定值時(shí)，防滑功能進(jìn)入關(guān)閉狀態(tài)。

防滑控制采用軸控，即每條車(chē)軸軸端安裝有制動(dòng)速度傳感器，通過(guò)該傳感器實(shí)時(shí)采集車(chē)輛速度，以此判斷具體哪條車(chē)軸發(fā)生了滑行。在每個(gè)制動(dòng)控制單元內(nèi)均設(shè)有防滑閥，每個(gè)防滑閥對(duì)應(yīng)一條車(chē)軸地防滑控制。

在發(fā)生空氣制動(dòng)滑行時(shí)，防滑閥動(dòng)作，將制動(dòng)缸內(nèi)的氣壓排出，釋放制動(dòng)壓力，使車(chē)輪的滑行恢復(fù)為滾動(dòng)，運(yùn)行恢復(fù)后，制動(dòng)系統(tǒng)將再次對(duì)制動(dòng)缸充氣，恢復(fù)制動(dòng)力。上述動(dòng)作視制動(dòng)工況進(jìn)行一次或多次的重復(fù)，直至制動(dòng)狀態(tài)恢復(fù)正常。

2 牽引系統(tǒng)防滑策略

針對(duì)濟(jì)南3號(hào)線(xiàn)運(yùn)營(yíng)工況，牽引系統(tǒng)采用蠕化率、加減速度等相結(jié)合的防滑控制方法。在防止黏著破壞的前提下，實(shí)時(shí)辨識(shí)輪軌黏著特性，及時(shí)對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)矩進(jìn)行調(diào)節(jié)。充分發(fā)揮電制動(dòng)力，優(yōu)化輪軌黏著控制，保證列車(chē)正常安全運(yùn)行。

牽引系統(tǒng)觸發(fā)防滑有兩個(gè)條件：一是減速度大于某限值A(chǔ)；二是軸減速度某限值B且蠕化速度差（軸速與參考速度差，Vt為列車(chē)參考速度）大于c×Vt+d（c、d為某一系數(shù)值，km/h）。當(dāng)觸發(fā)二者任一個(gè)條件時(shí)，均會(huì)進(jìn)行防滑行動(dòng)作，降低電制動(dòng)力。當(dāng)軸減速度小于某限值E且蠕化速度差小于f×Vt+h（f、h為某一系數(shù)值，km/h）時(shí)，逐漸上升制動(dòng)力。

在軌面濕滑等低黏著工況下，牽引系統(tǒng)檢測(cè)到滑行后持續(xù)做防滑動(dòng)作，且在防滑過(guò)程中給制動(dòng)系統(tǒng)發(fā)送防滑標(biāo)志位，3s后空氣制動(dòng)出于安全考慮切除電制動(dòng)。

3 制動(dòng)系統(tǒng)防滑策略

3.1 空氣制動(dòng)防滑系統(tǒng)組成

空氣制動(dòng)防滑系統(tǒng)主要由速度傳感器、防滑控制部件（集成在制動(dòng)控制單元中）組成。

防滑控制微機(jī)控制板集成在制動(dòng)控制模塊中，通過(guò)調(diào)整制動(dòng)缸壓力的方式實(shí)現(xiàn)空氣防滑控制。防滑速度傳感器的檢測(cè)精度為0.5km/h。控制裝置根據(jù)CAN網(wǎng)段內(nèi)各軸的速度信號(hào)計(jì)算列車(chē)速度，并按減速度準(zhǔn)則和速度差準(zhǔn)則，分別對(duì)各個(gè)軸進(jìn)行防滑控制。

3.2 電控混合防滑控制

制動(dòng)系統(tǒng)具有空電混合制動(dòng)防滑控制功能，空氣制動(dòng)控制單元和牽引控制單元均有車(chē)輪滑行保護(hù)控制功能。電制動(dòng)具有靈敏度高、粘著恢復(fù)快等優(yōu)點(diǎn)。因此，在空電混合制動(dòng)時(shí)，一般電制動(dòng)防滑控制先動(dòng)作。當(dāng)電制動(dòng)因滑行保護(hù)使實(shí)際電制動(dòng)力降低時(shí)，同時(shí)向制動(dòng)控制單元發(fā)送電制動(dòng)滑行保護(hù)動(dòng)作信號(hào)，使空氣制動(dòng)暫時(shí)不要因?qū)嶋H電制動(dòng)力下降而在動(dòng)車(chē)軸上補(bǔ)充空氣，從而有利于動(dòng)軸的粘著恢復(fù)，防止因補(bǔ)充空氣制動(dòng)使滑行加重。當(dāng)空氣制動(dòng)防滑系統(tǒng)檢測(cè)到滑行時(shí)，空氣制動(dòng)系統(tǒng)也進(jìn)行防滑控制，同時(shí)將防滑信息發(fā)送給電制動(dòng)系統(tǒng)。

在嚴(yán)重滑行時(shí)，如果電制動(dòng)系統(tǒng)不能有效地進(jìn)行防滑控制，使得電制動(dòng)連續(xù)降低超過(guò)一定時(shí)間后，則制動(dòng)系統(tǒng)將切除電制動(dòng)而投入空氣制動(dòng)，由空氣制動(dòng)實(shí)施防滑控制，以保證制動(dòng)距離和防止輪對(duì)擦傷。

在空電混合制動(dòng)時(shí)，拖車(chē)軸上沒(méi)有電制動(dòng)，所以當(dāng)拖車(chē)軸有空氣制動(dòng)時(shí)，仍可以正常的空氣制動(dòng)方式進(jìn)行防滑控制。

3.3 空氣制動(dòng)防滑控制

空氣制動(dòng)防滑系統(tǒng)用于防止制動(dòng)力過(guò)大造成的輪對(duì)制動(dòng)抱死和輪對(duì)踏面擦傷。當(dāng)由于制動(dòng)力過(guò)大使輪對(duì)由滾動(dòng)到出現(xiàn)滑動(dòng)狀態(tài)時(shí)，防滑系統(tǒng)能夠檢測(cè)出這種滑行并能減小滑行輪對(duì)上的制動(dòng)力，以減小出現(xiàn)滑行輪對(duì)上的滑動(dòng)程度，從而防止輪對(duì)抱死和輪對(duì)踏面擦傷。

3.4 空氣制動(dòng)滑行檢測(cè)方法

3.4.1 減速度準(zhǔn)則防滑控制

如果車(chē)輛任何一條軸的相應(yīng)減速度信號(hào)超出預(yù)定基準(zhǔn)值時(shí)，制動(dòng)控制單元?jiǎng)t減小滑行軸上的空氣制動(dòng)力。如果該滑行軸由于輪軌間粘著的恢復(fù)而加速并超出預(yù)定值時(shí)，則恢復(fù)粘著的滑行軸上施加空氣制動(dòng)力。在排風(fēng)及充風(fēng)的中間過(guò)程，可實(shí)施保壓控制。

3.4.2 速度差準(zhǔn)則防滑控制

如果某軸的速度與基準(zhǔn)速度間的速度差超過(guò)預(yù)定的基準(zhǔn)值，制動(dòng)控制單元?jiǎng)t減小滑行軸上的空氣制動(dòng)力。當(dāng)粘著恢復(fù)到足夠大，則恢復(fù)粘著的滑行軸上施加空氣制動(dòng)力。

當(dāng)一個(gè)速度傳感器出現(xiàn)故障時(shí)，該軸的防滑閥會(huì)利用本轉(zhuǎn)向架的另一個(gè)速度傳感器進(jìn)行防滑控制，這在一定程度上減小了故障軸的制動(dòng)抱死概率。

4 結(jié)語(yǔ)

牽引、制動(dòng)系統(tǒng)根據(jù)車(chē)輛運(yùn)行工況，進(jìn)行防滑控制，屬于正?，F(xiàn)象。在滑行控制過(guò)程中整車(chē)牽引力、制動(dòng)力會(huì)降低，但不會(huì)喪失，不會(huì)影響車(chē)輛運(yùn)行的安全。同時(shí)，在整個(gè)防滑過(guò)程中檢測(cè)防滑狀態(tài)，保證在單個(gè)軸防滑過(guò)程中不能持續(xù)超過(guò)4s，即車(chē)輛每個(gè)軸在單次防滑控制時(shí)制動(dòng)力喪失時(shí)間不會(huì)超過(guò)4s，所以保證車(chē)輛安全。

一般情況下，車(chē)輛在正線(xiàn)運(yùn)行時(shí)觸發(fā)防滑，極有可能是由于軌道不滿(mǎn)足粘著要求所致，常見(jiàn)情形有軌面濕滑、油液污染輪軌等。由于黏著不滿(mǎn)足要求，牽引及制動(dòng)系統(tǒng)觸發(fā)防滑動(dòng)作，是車(chē)輛的一種保護(hù)措施，但車(chē)輪踏面在觸發(fā)防滑時(shí)出現(xiàn)嚴(yán)重擦傷，則應(yīng)引起檢修人員重視，須對(duì)車(chē)輛防滑控制邏輯進(jìn)行分析，排查程序邏輯是否存在問(wèn)題。